电控汽油喷射系统的结构原理与检修氧传感器的检修教学PPT.ppt

,项目2.6 氧传感器的检修,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,项目2.6 氧传感器的检修,【情境导入】 宝来1.8AT,怠速抖动，加速时提速慢，急加油时发动机熄火，发动机故障灯点亮 。该车配备AUM型发动机，采用德国BOSCH公司Motronic ME7.5控制系统，使用了单缸独立点火、电子节气门、涡轮增压及双氧传感器等先进技术。用诊断仪读取该车故障码，发动机控制单元内故障码为16515（ 传感器电压太低）。 【理论引导】 根据该车的故障现象，需要判定出发动机是否缺缸，是否存在真空泄露，再通过拆解火花塞了解各缸的工作状态，最后根据检查结果，判断16515故障码所涉及的内容是否与其故障有直接的因果关系。,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,项目2.6 氧传感器的检修,2、6、1 氧传感器的作用 氧传感器(EGO)又称为传感器，通过监测排气中氧气的含量，获得混合气的空燃比信号，并将空燃比信号转变为电信号输入发动机ECU。ECU根据氧传感器信号对喷油时间进行修正，实现空燃比反馈控制(闭环控制)，从而将过量空气系数控制在098102之间(空燃比AF约为147)，使发动机得到最佳浓度的混合气，从而达到降低有害气体的排放量和节约燃油的目的。 1、氧传感器是空燃比的“检验员”，精密配合三元催化器工作，降低尾气中有毒气体的排放。 2、氧传感器也是反映空燃比信息的“通信员”，随时向发动机ECU或维修人员提供空燃比信息。 3、氧传感器又是发动机气缸燃烧状况的“监控员”，维修人员可利用其信息，分析发动机气缸内的燃烧状况，从而尽快找到故障并排除。,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,项目2.6 氧传感器的检修,图2.101 燃油喷射的闭环控制系统图 图2.102 三元催化器的转换效率曲线图,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,（1）由于机械原因引起的压缩泄漏使正常的压缩比遭到破坏：例如，气门烧损、活塞环断裂或磨损过度等造成的压缩泄漏使点火之前的压缩温度、压缩压力不够，造成燃烧不完全甚至缺火。这也可使部分氧气“不经消化”即排出缸外引起排气中的氧含量升高。 （2）真空泄漏造成的空燃比不正常：例如进气道、进气管上的真空软管等处存在泄漏。如果真空泄漏使混合气空燃比达到17以上时，就可引起因混合气过稀而发生的缺火，造成排气氧含量增高。 （3）点火系故障造成的燃烧不正常或缺火：例如:某缸火花塞损坏、某缸高压线损坏、或分电器、分电器转子、点火线圈等损坏。 （4）各缸喷油不均衡造成的空燃比不正常(对于多点喷射)：个别缸喷油器的喷油量过多或过少(喷油器卡在开的位置或堵塞)，造成混合气过浓或过稀，当个别缸的混合气空燃比达到13以下或17以上时，将可能引起缺火。,项目2.6 氧传感器的检修,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,2.6.2 不同氧传感器的结构和工作原理 现在汽车上常用的氧传感器主要有氧化锆式与氧化钛式氧传感器，大部分属于两点式测量，即只能在理论空燃比附近的小范围内测量混合气的浓与稀。随着技术的发展，有的车型也用到了新型氧传感器，如平面型宽域氧传感器，它可以测出0.72.2范围内的空燃比。 1、氧化锆型氧(O2)传感器 氧化锆式氧传感器是利用二氧化锆材料的电压值随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的，故又称电压型氧传感器。 1）、结构特点氧化锆式氧传感器的基本元件是二氧化锆陶瓷体（固体电解质） 。 锆管内表面通大气，外表面通排气，在锆管的内、外表面都涂覆有一层金属铂。铂的第一个作用是作为电极，通过金属线与信号输出端子相连接；第二个作用是作为催化剂，使排气中的CO与O2接触时迅速发生化学反应，消耗表面的少量氧气。为了防止发动机排出的废气腐蚀外层铂电极，在外层铂电极表面还涂敷有一多孔的陶瓷。,项目2.6 氧传感器的检修,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,项目2.6 氧传感器的检修,图2.104 加热式二氧化锆氧传感器的结构图 1-壳体 2-陶瓷管支承 3-加热电阻电缆 4-带槽的保护套 5-二氧化锆 6-接触部 7-外保护套 8-加热元件 9-电加热接头 10-弹簧垫圈 11-氧传感器信号,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,项目2.6 氧传感器的检修,图2.103 二氧化锆式氧传感器的原理,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,氧化锆式氧传感器在300以上环境时，才能输出稳定的信号电压，有加热型与非加热型两种。早期轿车采用非加热型氧传感器，只靠排气加热，必须在发动机起动运转数分钟后才能开始工作，它只有一根或两根接线与ECU相连； 现代轿车大都采用加热型氧传感器，其线束连接器有3个或4个接线端子，其中四线者居多。其四根接线的分配是：三根线连接ECU，其中两根线是信号线，一根线是电脑控制的加热器的搭铁线;另外一根接电源,一般是由继电器控制。 带加热器的氧传感器也有三线的，它与四线制的基本区别就是通往电脑的信号线只有一根，信号地线通过传感器外壳直接接地。,项目2.6 氧传感器的检修,图2.105 单线式氧传感器与ECU的电路图,图2.106 四线式氧传感器与ECU的电路图,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,2）工作原理 锆管内侧与氧气浓度高（一般为21的常数）的大气相通，外侧与氧气浓度低的排气相通，且锆管外侧的氧气浓度随发动机的工况变化而变化。锆管的陶瓷体是多孔的，渗入其中的氧气在温度较高时发生电离，形成氧离子。当氧离子在锆管中扩散时，锆管内外表面之间的电位差将随内外表面氧气浓度差值的变化而变化，即锆管相当于一个氧浓差电池，传感器的信号相当于一个可变电源。 （1）当供给发动机的可燃混合气较浓(即空燃比AF小于147或过量空气系数小于1)时，排气中氧气含量较少，CO浓度较大。在锆管外表面催化剂铂的催化作用下，氧气几乎全部与CO发生氧化反应生成CO2气体，使外表面上氧离子浓度为零。由于锆管内氧离子浓度很大，因此，锆管内、外表面之间的氧离子浓度差较大，两个铂电极之间的电位差较高，约为09 V。 （2）当供给发动机的可燃混合气较稀(即空燃比大于147或过量空气系数大于1)时，排气中氧离子含量较多、CO浓度较小，即使CO全部都与氧气产生化学反应，锆管外表面上还是有多余的氧气存在。因此，锆管内、外表面之间氧离子的浓度差较小，两个铂电极之间的电位差较低，约为01 V。 (3)当空燃比AF接近于理论空燃比147(或过量空气系数接近于1)时，排气中的氧气和CO都很少，处于一种临界状态，信号电压在此时会发生跃变。,项目2.6 氧传感器的检修,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,(4)当混合气由浓变稀时，氧传感器从缺氧状态(CO过剩、氧离子浓度为零)变化为富氧状态(CO为零、氧离子过剩)，氧浓度差的急剧变化，使铂电极之间的电位差也急剧变化，使传感器输出电压从09 V急剧变化到01 V；反之，当混合气由稀变浓式，电压从0.1V急剧变化到0.9V。,项目2.6 氧传感器的检修,1、氧传感器电动势 2、CO的浓度 3、无铂电极的电动势曲线 4、氧气浓度 图2.107 气体浓度与氧传感器电压的关系,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,3)、工作条件 氧化锆式氧传感器必须满足3个条件才能正常调节混合气浓度： 发动机温度高于60 。 氧传感器温度高于300。 发动机工作在怠速工况和部分负荷工况。,项目2.6 氧传感器的检修,图2.108二氧化锆氧传感器的电动势与温度的关系,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,2、氧化钛式氧传感器 氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛材料的电阻值随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的，故又称电阻型氧传感器。 1）、结构特点： 氧化钛式氧传感器的外形与氧化锆式氧 传感器相似，主要由二氧化钛传感元件、钢 质壳体、加热元件和电极引线等组成。钢质 壳体上制有螺纹，以便于传感器安装。 与氧化锆式氧传感器不同的是，氧化钛式氧 传感器不需要与大气压进行比较，因此传感 元件的密封与防水十分方便，利用玻璃或滑 石粉等密封即可达到使用要求。,图2.109 二氧化钛式氧传感器的结构,项目2.6 氧传感器的检修,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,2）、工作原理 由于二氧化钛半导体材料的电阻具有随氧离子浓度的变化而变化的特性，因此，氧化钛式氧传感器的信号源相当于一个可变电阻。 当发动机的可燃混合气浓时，由于燃烧不完全，排气中只会剩余少量氧气，传感元件周围的氧离子很少，二氧化钛呈现高阻状态。与此同时，在催化剂铂的催化作用下，使剩余氧离子与排气中的CO发生化学反应，将排气中的氧离子进一步消耗掉，从而大大提高了传感器的灵敏度。 当发动机混合气稀时，排气中氧离子含量较多，传感元件周围的氧离子浓度较大，二氧化钛呈现低阻状态。 氧化钛式氧传感器的电阻将在混合气的过量空气系数为1时产生突变。,项目2.6 氧传感器的检修,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,当给氧传感器施加稳定的电压时，在其输出端便可得到一个交替变化的信号。稳定电压一般由ECU内部的稳压电源提供，一般以1V或5V居多。 ECU 通过Vc端子提供一个恒定的5V电，传感器的输出信号与ECU信号端子相接。当排出的废气中氧浓度随发动机混合气浓度变化而变化时，氧传感器的电阻随之改变，ECU信号端子上的电压降也随之变化。当信号端子上的电压高于参考电压时，ECU判定混合气过浓；当信号端子上的电压低于参考电压时，ECU判定混合气过稀。通过ECU的反馈控制，可保持混合气的浓度在理论空燃比附近。在实际的反馈控制过程中，二氧化钛式氧传感器与ECU连接的信号端子上的电压在0-5之间跳跃性地不断变化。 3)工作条件 氧化钛式氧传感器能正常调节混合气应满足的条件，与二氧化锆式基本相同，只是要求氧传感器自身温度高于600。,项目2.6 氧传感器的检修,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,当给氧传感器施加稳定的电压时，在其输出端便可得到一个交替变化的信号。稳定电压一般由ECU内部的稳压电源提供，一般以1V或5V居多。 ECU 通过Vc端子提供一个恒定的5V电，传感器的输出信号与ECU信号端子相接。当排出的废气中氧浓度随发动机混合气浓度变化而变化时，氧传感器的电阻随之改变，ECU信号端子上的电压降也随之变化。当信号端子上的电压高于参考电压时，ECU判定混合气过浓；当信号端子上的电压低于参考电压时，ECU判定混合气过稀。通过ECU的反馈控制，可保持混合气的浓度在理论空燃比附近。在实际的反馈控制过程中，二氧化钛式氧传感器与ECU连接的信号端子上的电压在0-5之间跳跃性地不断变化。 3)工作条件 氧化钛式氧传感器能正常调节混合气应满足的条件，与二氧化锆式基本相同，只是要求氧传感器自身温度高于600。,项目2.6 氧传感器的检修,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,3、平面型宽域氧传感器 1）、优点： （1）、能在过量空气系数=0.72.2的宽范围内精确地给出连续的特征变化曲线，适用于现代车辆的稀薄燃烧技术的使用，可进一步降低尾气排放指标，进一步减小燃油的损耗； （2）、响应时间远远小于普通类型的氧传感器，可低于100ms，可以大大增加燃油喷射的闭环控制速度，尤其适用于现代的缸内直喷技术； （3）、良好的抗老化、冲击、腐蚀、沉淀、中毒等能力，使用寿命长,普遍高达16万公里。 2）、结构与工作原理： 氧化锆的两个特性： 第一：当氧化锆两侧的含 氧量不同时，电离产生的氧离子的运动在氧化锆两侧的电极上会产生电动势，且氧气浓度差值越大，氧离子的运动速度越快，产生的电动势越高。 第二：是第一个特性的反作用原理，即当在氧化锆两侧的电极上加上电压时，就可以使氧离子移动，且移动的速度与方向取决于所加电压的高低与极性。,项目2.6 氧传感器的检修,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,项目2.6 氧传感器的检修,1、传感器单元 2、双层保护套管 3、密封圈 4、密封衬垫 5、传感器壳体 6、保护套筒 7、触点支架 8、触点夹9、 聚四氟乙烯套管 10、聚四氟乙烯定型套管 11、五芯连接 导线 12、密封件 图2.113 平面型宽域氧传感器结构图,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,发动机ECU要使测量室和 空气室氧含量保持相对一致， 让传感器单元的电压值一直维 持在0.45V。但当排气中氧气的 浓度发生变化，该电压肯定会 偏离这个数值，此时，电脑会 根据这个电压控制另一个氧化 锆组件，让它帮助电脑实现这 个目标，我们把这个氧化锆组 件命名为单元泵。,项目2.6 氧传感器的检修,图2.114平面型宽域氧传感器原理示意图,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,（1）当混合气变浓时的调整（尾气气中的氧气浓度降低） 、单元泵以原来的工作电流工作，测量室内的氧含量减少，测量室与空气的氧浓度差增大，传感器单元超过450mv的电压被送入ECU。 、ECU根据该电压增大单元泵的工作电流，增加向测量室泵氧的速度，随氧含量的增加，传感器单元的电压值恢复到450mv。 ECU将增加的电流，折算成电压值，作为混合气浓的信号，以适当减少喷油量，混合气由浓变稀。 （2）当混合气变稀时的调整（尾气中的氧气浓度增加） 、单元泵在原来的工作电流下会泵入较多的氧，测量室内氧的含量增加，测量室与空气的氧浓度差减小，传感器单元低于450mv的电压值被送入ECU。 ECU根据该电压减小单元泵的工作电流，使泵氧速度减小，随测量室中的氧量减少，传感器单元的电压值恢复到450mv。 ECU根据减少的电流,折算成电压值，作为混合气稀的信号，以适当增加喷油量，混合气由稀变浓。,项目2.6 氧传感器的检修,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,3）、宽域氧传感器的特点 宽域氧传感器的特点是工作曲线平滑，能够连续检测空燃比从10至20，相当于过量空气系数从0.686至1.405的宽范围，当线性电压在2.5V时，就达到了理论空燃比14.7的控制。安装宽频带氧传感器后，泵电流可用来直接确定废气空燃比。而这样又可以对混合汽成分进行即时、持续的控制。持续空燃比确定意味着可实现较小的控制振幅，这是实现高质量控制的决定性因素。除此之外，宽域氧传感器还能根据需要执行不同于1的控制过程，如在发动机预热阶段在排气管内进行二次空气喷射。此调节总是达到规定的燃烧室空燃比时进行，以最终确保空气喷射不会使混合汽浓度过高。 图 2.115宽域氧传感器的传感器信号电压特性曲线 图2.116 宽域氧传感器的泵电流特性曲线,项目2.6 氧传感器的检修,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,4）、宽带氧传感器的主要工作过程： （1） 采集传感器单元的反馈信号。 （2）产生泵电流控制信号。 （3）通过采集泵电流流经某一特定电阻产生的电压，得知泵电流的大小，再通过A/D转换输入到控制芯片。 （4） 测量传感器的内阻变化，通过A/D转换输入到控制芯片，从而产生一个控制传感加热器的信号，使传感器始终保持在最佳工作温度。,项目2.6 氧传感器的检修,学习任务2：电控汽油喷射系统的结构原理与检测,2、6、3 双氧传感器在汽车上的使用 1、控制用氧传感器： 俗称前氧，可单 独测量发动机燃烧废气中氧的浓度，生 成电压信号反馈给ECU以达到控制理想 空燃比的目的，安装在三元催化器的上 游位置。 2、诊断用氧传感器：俗称后氧，安装在 三元催化器下游端。当控制用氧传感器 （前氧）因老化、失效等原因，向ECU 输送的电压信号